Apa struktur dan pentingnya sitoplasma. Sitoplasma

Sitoplasma(sitoplasma) adalah sistem koloid kompleks yang terdiri dari hialoplasma, organel membran dan non-membran serta inklusi.

Hyaloplasma (dari bahasa Yunani hialin - transparan) adalah sistem koloid kompleks yang terdiri dari berbagai biopolimer (protein, asam nukleat, polisakarida), yang mampu bertransisi dari keadaan seperti sol (cair) ke gel dan sebaliknya.

¨Hyaloplasma terdiri dari air, senyawa organik dan anorganik yang terlarut di dalamnya dan sitomatriks, diwakili oleh jaring trabekuler serat protein, tebal 2-3 nm.

¨Fungsi hialoplasma adalah media ini menyatukan semua struktur seluler dan memastikan interaksi kimianya satu sama lain.

Sebagian besar proses transpor intraseluler dilakukan melalui hialoplasma: transfer asam amino, asam lemak, nukleotida, dan gula. Di dalam hialoplasma terdapat aliran ion yang konstan ke dan dari membran plasma, ke mitokondria, nukleus, dan vakuola. Hialoplasma membentuk sekitar 50% dari total volume sitoplasma.

Organel dan inklusi. Organel adalah struktur mikro permanen dan wajib bagi semua sel yang menjamin kinerja fungsi vital sel.

Berdasarkan ukurannya, organel dibagi menjadi:

1) mikroskopis - terlihat di bawah mikroskop cahaya;

submikroskopis - dapat dibedakan menggunakan mikroskop elektron.

Berdasarkan keberadaan membran pada komposisi organel, dibedakan:

1) membran;

non-membran.

Tergantung pada tujuannya, semua organel dibagi menjadi:

Organel membran

Mitokondria

Mitokondria adalah organel membran mikroskopis dengan tujuan umum.

¨Dimensi - ketebalan 0,5 mikron, panjang dari 1 hingga 10 mikron.

¨Bentuk - lonjong, memanjang, tidak beraturan.

¨Struktur - mitokondria dibatasi oleh dua membran setebal sekitar 7 nm:

1)Membran mitokondria halus bagian luar(membrana mitokondrialis eksterna), yang memisahkan mitokondria dari hialoplasma. Konturnya sama dan ditutup sedemikian rupa sehingga menyerupai tas.

Membran mitokondria bagian dalam(memrana mitokondria interna), yang membentuk pertumbuhan, lipatan (krista) di dalam mitokondria dan membatasi isi internal mitokondria - matriks. Bagian dalam mitokondria diisi dengan zat padat elektron yang disebut

Matriks memiliki struktur berbutir halus dan mengandung benang tipis setebal 2-3 nm dan butiran berukuran sekitar 15-20 nm. Untaiannya adalah molekul DNA, dan butiran kecilnya adalah ribosom mitokondria.

¨Fungsi mitokondria

1. Sintesis dan akumulasi energi dalam bentuk ATP terjadi sebagai akibat dari proses oksidasi substrat organik dan fosforilasi ATP. Reaksi-reaksi ini terjadi dengan partisipasi enzim siklus asam trikarboksilat yang terlokalisasi dalam matriks. Membran krista memiliki sistem untuk transpor elektron lebih lanjut dan fosforilasi oksidatif terkait (fosforilasi ADP menjadi ATP).

2. Sintesis protein. Mitokondria dalam matriksnya memiliki sistem sintesis protein otonom. Ini adalah satu-satunya organel yang memiliki molekul DNA sendiri yang bebas dari protein histon. Dalam matriks mitokondria juga terjadi pembentukan ribosom, yang mensintesis sejumlah protein yang tidak dikodekan oleh nukleus dan digunakan untuk membangun sistem enzimnya sendiri.

3. Pengaturan metabolisme air.

Lisosom

Lisosom (lisosom) adalah organel membran submikroskopik untuk tujuan umum.

¨Dimensi - 0,2-0,4 mikron

¨Bentuk - lonjong, kecil, bulat.

¨Struktur - lisosom mengandung enzim proteolitik (diketahui lebih dari 60) yang mampu memecah berbagai biopolimer. Enzim terletak di kantung membran tertutup, yang mencegahnya memasuki hialoplasma.

Ada empat jenis lisosom:

Lisosom primer;

Sekunder (heterofagosom, fagolisosom);

Autofagosom

Sisa tubuh.

Lisosom primer- ini adalah vesikel membran kecil berukuran 0,2-0,5 mikron, diisi dengan zat tidak terstruktur yang mengandung enzim hidrolitik dalam keadaan tidak aktif (penanda - asam fosfatase).

Lisosom sekunder(heterofagosom) atau vakuola pencernaan intraseluler, yang dibentuk oleh fusi lisosom primer dengan vakuola fagositik. Enzim lisosom utama mulai menghubungi biopolimer dan memecahnya menjadi monomer. Yang terakhir diangkut melalui membran ke dalam hialoplasma, di mana mereka digunakan kembali, yaitu dimasukkan dalam berbagai proses metabolisme.

Autofagosom (autolisosom)– selalu ditemukan di sel protozoa, tumbuhan dan hewan. Berdasarkan morfologinya, mereka diklasifikasikan sebagai lisosom sekunder, tetapi yang membedakan adalah vakuola ini mengandung fragmen atau bahkan seluruh struktur sitoplasma, seperti mitokondria, plastida, ribosom, dan butiran glikogen.

Sisa tubuh(telolysosome, corpusculum residue) - merupakan residu yang tidak tercerna yang dikelilingi oleh membran biologis, mengandung sedikit enzim hidrolitik, isinya dipadatkan dan disusun ulang. Seringkali dalam sisa tubuh, terjadi penataan sekunder dari lipid yang tidak tercerna dan yang terakhir membentuk struktur berlapis. Ada juga pengendapan zat pigmen – pigmen penuaan yang mengandung lipofuscin.

¨Fungsi - pencernaan makromolekul biogenik, modifikasi produk yang disintesis oleh sel dengan bantuan hidrolase.

Sitoplasma - bagian wajib sel, tertutup di antara membran plasma dan nukleus dan mewakili hialoplasma - substansi utama sitoplasma, organoid- komponen permanen sitoplasma dan penyertaan- komponen sementara sitoplasma. Komposisi kimia sitoplasma bervariasi. Basisnya adalah air (60-90% dari total massa sitoplasma). Sitoplasma kaya akan protein; mungkin mengandung lemak dan zat mirip lemak, berbagai senyawa organik dan anorganik. Sitoplasma memiliki reaksi basa. Salah satu ciri khas sitoplasma adalah pergerakannya yang konstan (siklosis). Hal ini dideteksi terutama oleh pergerakan organel sel, seperti kloroplas. Jika pergerakan sitoplasma berhenti, sel akan mati, karena hanya dengan bergerak terus-menerus sel dapat menjalankan fungsinya.

Substansi utama sitoplasma adalah hialoplasma (sitosol)- Merupakan larutan koloid yang tidak berwarna, berlendir, kental dan transparan. Di situlah semua proses metabolisme berlangsung, ini memastikan interkoneksi nukleus dan semua organel. Tergantung pada dominasi bagian cair atau molekul besar dalam hialoplasma, dua bentuk hialoplasma dibedakan: sol - lebih banyak hialoplasma cair dan gel- hialoplasma lebih tebal. Transisi timbal balik dimungkinkan di antara keduanya: gel dengan mudah berubah menjadi sol dan sebaliknya.

Membran sel organisme eukariotik memiliki struktur yang berbeda, tetapi membran plasma selalu berdekatan dengan sitoplasma, dan lapisan luar terbentuk di permukaannya. Pada hewan disebut glikokaliks(dibentuk oleh glikoprotein, glikolipid, lipoprotein), pada tumbuhan - dinding sel dari lapisan serat serat yang tebal.

Struktur membran. Semua membran biologis memiliki ciri dan sifat struktural yang sama. Saat ini diterima secara umum model mosaik cair struktur membran (model sandwich). Membran ini didasarkan pada lapisan ganda lipid yang terbentuk terutama fosfolipid. Dalam bilayer, ekor molekul dalam membran saling berhadapan, dan kepala polar menghadap ke luar, ke arah air. Selain lipid, membrannya mengandung protein (rata-rata 60%). Mereka menentukan sebagian besar fungsi spesifik membran. Molekul protein tidak membentuk lapisan yang berkesinambungan; mereka dibedakan protein perifer- protein yang terletak di permukaan luar atau dalam lapisan ganda lipid, protein semi-integral- protein terbenam dalam lapisan ganda lipid pada kedalaman yang bervariasi, integral, atau protein transmembran- protein yang menembus membran, berkontak dengan lingkungan eksternal dan internal sel.

Protein membran dapat melakukan berbagai fungsi: pengangkutan molekul tertentu, katalisis reaksi yang terjadi pada membran, menjaga struktur membran, menerima dan mengubah sinyal dari lingkungan.

Membran dapat mengandung 2 hingga 10% karbohidrat. Komponen karbohidrat pada membran biasanya diwakili oleh rantai oligosakarida atau polisakarida yang berhubungan dengan molekul protein (glikoprotein) atau lipid (glikolipid). Karbohidrat terutama terletak di permukaan luar membran. Karbohidrat menyediakan fungsi reseptor membran. Dalam sel hewan, glikoprotein membentuk kompleks supra-membran - glikokaliks, memiliki ketebalan beberapa puluh nanometer. Pencernaan ekstraseluler terjadi di dalamnya, banyak reseptor sel berada, dan adhesi sel tampaknya terjadi dengan bantuannya.

Molekul protein dan lipid bersifat mobile, mampu bergerak terutama pada bidang membran. Ketebalan membran plasma rata-rata 7,5 nm.

Fungsi membran.

1. Mereka memisahkan konten seluler dari lingkungan luar.

2. Mengatur metabolisme antara sel dengan lingkungan.

3. Sel dibagi menjadi beberapa kompartemen yang dirancang untuk terjadinya berbagai reaksi.

4. Banyak reaksi kimia terjadi pada konveyor enzimatik yang terletak di membran itu sendiri.

5. Menyediakan komunikasi antar sel dalam jaringan organisme multiseluler.

6. Daerah reseptor untuk mengenali rangsangan luar terletak pada membran.

Salah satu fungsi utama membran adalah transportasi, memastikan pertukaran zat antara sel dan lingkungan luar. Membran memiliki properti permeabilitas selektif, yaitu, bahan-bahan tersebut dapat ditembus dengan baik terhadap beberapa zat atau molekul dan tidak dapat ditembus dengan baik (atau tidak dapat ditembus sama sekali) terhadap zat atau molekul lainnya. Ada berbagai mekanisme untuk mengangkut zat melintasi membran. Tergantung pada kebutuhan penggunaan energi untuk melakukan pengangkutan zat, mereka dibedakan : transpor pasif- pengangkutan zat tanpa konsumsi energi; transpor aktif - transportasi yang memerlukan energi.

Transportasi pasif didasarkan pada perbedaan konsentrasi dan muatan. Pada transpor pasif, zat selalu berpindah dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah, yaitu sepanjang gradien konsentrasi.

Membedakan tiga mekanisme utama transpor pasif:difusi sederhana- pengangkutan zat langsung melalui lapisan ganda lipid. Gas, molekul polar non-polar atau kecil yang tidak bermuatan dengan mudah melewatinya. Semakin kecil molekulnya dan semakin larut dalam lemak, semakin cepat ia menembus membran. Menariknya, molekul air polar menembus lapisan ganda lipid dengan sangat cepat. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa molekulnya kecil dan netral secara listrik. Difusi air melalui membran disebut secara osmosis.

Difusi melalui saluran membran. Molekul dan ion bermuatan (Na +, K +, Ca 2+, C1~) tidak dapat melewati lapisan ganda lipid melalui difusi sederhana, namun mereka menembus membran karena adanya protein pembentuk saluran khusus yang membentuk pori-pori. . Sebagian besar air melewati membran melalui saluran yang dibentuk oleh protein aquaporin.

Difusi yang difasilitasi- pengangkutan zat menggunakan protein transpor khusus, yang masing-masing bertanggung jawab atas pengangkutan molekul tertentu atau kelompok molekul terkait. Mereka berinteraksi dengan molekul zat yang diangkut dan entah bagaimana memindahkannya melalui membran. Beginilah cara gula, asam amino, nukleotida, dan banyak molekul polar lainnya diangkut ke dalam sel.

Kebutuhan transportasi aktif terjadi ketika diperlukan untuk memastikan pengangkutan molekul melintasi membran melawan gradien elektrokimia. Transportasi ini dilakukan oleh protein pembawa, yang aktivitasnya membutuhkan energi. Sumber energinya adalah molekul ATP. Salah satu sistem transpor aktif yang paling banyak dipelajari adalah pompa natrium-kalium. Konsentrasi K+ di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di luar, dan Na+ - sebaliknya. Oleh karena itu, K+ secara pasif berdifusi keluar sel melalui pori-pori air membran, dan Na+ ke dalam sel. Pada saat yang sama, agar sel berfungsi normal, penting untuk menjaga rasio tertentu ion K+ dan Na+ di sitoplasma dan di lingkungan luar. Hal ini dimungkinkan karena membran, berkat adanya pompa natrium-kalium, secara aktif memompa Na+ keluar sel dan K+ ke dalam sel. Hampir sepertiga dari seluruh energi yang dibutuhkan untuk fungsi sel dihabiskan untuk pengoperasian pompa natrium-kalium. Dalam satu siklus operasi, pompa memompa keluar 3 ion Na+ dari sel dan memompa 2 ion K+. K+ secara pasif berdifusi keluar sel lebih cepat dibandingkan Na+ ke dalam sel.

Sel memiliki mekanisme yang melaluinya ia dapat mengangkut partikel besar dan makromolekul melalui membran. Proses penyerapan makromolekul oleh sel disebut endositosis. Selama endositosis, membran plasma membentuk invaginasi, ujung-ujungnya menyatu, dan struktur yang dibatasi dari sitoplasma oleh satu membran, yang merupakan bagian dari membran sitoplasma luar, diikatkan ke dalam sitoplasma. Ada dua jenis endositosis: fagositosis- penangkapan dan penyerapan partikel besar (misalnya, fagositosis limfosit, protozoa, dll.) dan pinositosis - proses menangkap dan menyerap tetesan cairan dengan zat terlarut di dalamnya.

Eksositosis- proses mengeluarkan berbagai zat dari sel. Selama eksositosis, membran vesikel menyatu dengan membran sitoplasma luar, isi vesikel dikeluarkan ke luar sel, dan membrannya dimasukkan ke dalam membran sitoplasma luar.

Organel sel

Organel (organel)- struktur seluler permanen yang memastikan sel melakukan fungsi tertentu. Setiap organel memiliki struktur tertentu dan menjalankan fungsi tertentu.

Ada: organel membran - memiliki struktur membran, dan dapat berupa membran tunggal (retikulum endoplasma, aparatus Golgi, lisosom, vakuola sel tumbuhan) dan membran ganda (mitokondria, plastida, nukleus).

Selain organel membran, mungkin juga ada organel non-membran - organel yang tidak memiliki struktur membran (kromosom, ribosom, pusat sel dan sentriol, silia dan flagela dengan badan basal, mikrotubulus, mikrofilamen).

Organel membran tunggal:

1. Retikulum endoplasma (ER). Ini adalah sistem membran yang membentuk tangki dan saluran, terhubung satu sama lain dan membatasi satu ruang internal - rongga EPR. Membran, di satu sisi, terhubung ke membran sitoplasma luar, dan di sisi lain, ke kulit terluar membran inti. Ada dua jenis EPR: kasar (butiran), mengandung ribosom pada permukaannya dan mewakili kumpulan kantung pipih, dan halus (agranular), yang membrannya tidak membawa ribosom.

Fungsi: membagi sitoplasma sel menjadi kompartemen-kompartemen yang terisolasi, sehingga memastikan pembatasan spasial satu sama lain dari banyak reaksi berbeda yang terjadi secara paralel, melakukan sintesis dan pemecahan karbohidrat dan lipid (ER halus) dan memastikan sintesis protein (ER kasar), terakumulasi di saluran dan rongga, dan kemudian mengangkut produk biosintetik ke organel sel.

2. Aparat Golgi. Organel biasanya terletak di dekat inti sel (pada sel hewan, seringkali di dekat pusat sel). Ini adalah tumpukan sisterna pipih dengan tepi melebar, yang dengannya sistem vesikel membran tunggal kecil (vesikel Golgi) dikaitkan. Setiap stack biasanya terdiri dari 4-6 tank. Jumlah tumpukan Golgi dalam satu sel berkisar antara satu hingga beberapa ratus.

Fungsi terpenting kompleks Golgi adalah mengeluarkan berbagai sekret (enzim, hormon) dari sel, sehingga berkembang dengan baik di sel sekretori. Di sini terjadi sintesis karbohidrat kompleks dari gula sederhana, pematangan protein, dan pembentukan lisosom.

3. Lisosom. Organel sel membran tunggal terkecil, berupa vesikel dengan diameter 0,2-0,8 mikron, mengandung hingga 60 enzim hidrolitik yang aktif dalam lingkungan sedikit asam.

Pembentukan lisosom terjadi di aparatus Golgi, dimana enzim yang disintesis di dalamnya berasal dari RE. Pemecahan zat dengan bantuan enzim disebut lisis, oleh karena itu dinamakan organel.

Ada: lisosom primer - lisosom yang terlepas dari badan Golgi dan mengandung enzim dalam bentuk tidak aktif, dan lisosom sekunder - lisosom yang terbentuk sebagai hasil peleburan lisosom primer dengan vakuola pinositotik atau fagositosis; Pencernaan dan lisis zat-zat yang masuk ke dalam sel terjadi di dalamnya (oleh karena itu sering disebut vakuola pencernaan).

Hasil pencernaan diserap oleh sitoplasma sel, tetapi sebagian bahannya tetap tidak tercerna. Lisosom sekunder yang mengandung bahan yang tidak tercerna ini disebut sisa tubuh. Dengan eksositosis, partikel yang tidak tercerna dikeluarkan dari sel.

Terkadang penghancuran diri sel terjadi dengan partisipasi lisosom. Proses ini disebut autolisis. Hal ini biasanya terjadi selama proses diferensiasi tertentu (misalnya penggantian jaringan tulang rawan dengan jaringan tulang, hilangnya ekor pada kecebong katak).

4. Silia dan flagela. Dibentuk oleh sembilan mikrotubulus ganda yang membentuk dinding silinder yang dilapisi membran; di tengahnya ada dua mikrotubulus tunggal. Struktur tipe 9+2 ini merupakan ciri khas silia dan flagela hampir semua organisme eukariotik, mulai dari protozoa hingga manusia.

Silia dan flagela diperkuat di sitoplasma oleh badan basal yang terletak di dasar organel tersebut. Setiap badan basal terdiri dari sembilan kembar tiga mikrotubulus; tidak ada mikrotubulus di pusatnya.

5. Organel bermembran tunggal juga termasuk vakuola, dikelilingi oleh membran - tonoplas. Dalam sel tumbuhan mereka dapat menempati hingga 90% volume sel dan memastikan aliran air ke dalam sel karena potensi osmotik dan turgor (tekanan intraseluler) yang tinggi. Pada sel hewan, vakuola berukuran kecil, terbentuk karena endositosis (fagositosis dan pinositosis), setelah menyatu dengan lisosom primer disebut vakuola pencernaan.

Organel membran ganda:

1. Mitokondria. Organel membran ganda sel eukariotik yang menyediakan energi bagi tubuh. Jumlah mitokondria dalam suatu sel sangat bervariasi, dari 1 hingga 100 ribu, dan bergantung pada aktivitas metabolismenya. Jumlah mitokondria dapat bertambah seiring pembelahan, karena organel ini memiliki DNA sendiri.

Membran luar mitokondria halus, membran dalam membentuk banyak invaginasi atau pertumbuhan tubular - Krista. Jumlah krista dapat bervariasi dari beberapa puluh hingga beberapa ratus bahkan ribuan, tergantung pada fungsi sel. Mereka meningkatkan permukaan membran bagian dalam, tempat sistem enzim yang terlibat dalam sintesis molekul ATP berada.

Ruang dalam mitokondria terisi matriks. Matriksnya mengandung molekul sirkular DNA mitokondria, mRNA spesifik, tRNA dan ribosom (tipe prokariotik) yang melakukan biosintesis otonom dari bagian protein yang membentuk membran bagian dalam. Fakta-fakta ini mendukung asal usul mitokondria dari bakteri pengoksidasi (menurut hipotesis simbiogenesis). Tetapi sebagian besar gen mitokondria telah berpindah ke nukleus, dan sintesis banyak protein mitokondria terjadi di sitoplasma. Selain itu, mengandung enzim yang membentuk molekul ATP. Mitokondria mampu berkembang biak dengan pembelahan.

Fungsi mitokondria adalah pemecahan oksigen karbohidrat, asam amino, gliserol dan asam lemak dengan pembentukan ATP, sintesis protein mitokondria.

2. Plastida. Ada tiga jenis utama plastida: leukoplas- plastida tidak berwarna pada sel bagian tumbuhan yang tidak berwarna, kromoplas- plastida berwarna, biasanya kuning, merah dan oranye, kloroplas- plastida hijau. Plastida terbentuk dari proplastida - vesikel bermembran ganda hingga berukuran 1 mikron.

Karena plastida memiliki asal usul yang sama, interkonversi di antara keduanya dimungkinkan. Paling sering, transformasi leukoplas menjadi kloroplas terjadi (penghijauan umbi kentang dalam cahaya); proses sebaliknya terjadi dalam gelap; Ketika daun menguning dan buah menjadi merah, kloroplas berubah menjadi kromoplas. Hanya transformasi kromoplas menjadi leukoplas atau kloroplas yang dianggap mustahil.

Kloroplas. Fungsi utamanya adalah fotosintesis, yaitu. Dalam kloroplas, dalam cahaya, zat organik disintesis dari zat anorganik karena konversi energi matahari menjadi energi molekul ATP. Kloroplas tumbuhan tingkat tinggi berbentuk seperti lensa bikonveks. Membran luarnya halus, sedangkan membran dalam memiliki struktur terlipat. Sebagai hasil dari pembentukan tonjolan membran bagian dalam, timbul sistem lamela dan tilakoid. Lingkungan internal kloroplas - stroma mengandung DNA sirkular dan ribosom tipe prokariotik. Plastida mampu membelah secara otonom, seperti mitokondria. Bukti, menurut hipotesis simbiogenesis, juga mendukung asal usul plastida dari cyanobacteria.

Beras. Diagram modern (umum) dari struktur sel tumbuhan, disusun menurut pemeriksaan mikroskopis elektron dari berbagai sel tumbuhan: 1 - Badan Golgi; 2 - ribosom yang terletak bebas; 3 - kloroplas; 4 - ruang antar sel; 5 - poliribosom (beberapa ribosom yang saling berhubungan); 6 - mitokondria; 7 - lisosom; 8 - retikulum endoplasma granular; 9 - retikulum endoplasma halus; 10 - mikrotubulus; 11 - plastida; 12 - plasmodesmata melewati membran; 13 - membran sel; 14 - nukleolus; 15, 18 - selubung inti; 16 - pori-pori di selubung inti; 17 - plasmalemma; 19 - hialoplasma; 20 - tonoplas; 21 - vakuola; 22 - inti.

Beras. Struktur membran

Beras. Struktur mitokondria. Di atas dan di tengah - pemandangan bagian memanjang melalui mitokondria (di atas - mitokondria dari sel embrio ujung akar; di tengah - dari sel daun elodea dewasa). Di bawah ini adalah diagram tiga dimensi di mana bagian mitokondria terpotong, sehingga Anda dapat melihat struktur internalnya. 1 - membran luar; 2 - membran bagian dalam; 3 - krista; 4 - matriks.

Beras. Struktur kloroplas. Di sebelah kiri - bagian memanjang melalui kloroplas: 1 - grana yang dibentuk oleh lamela yang dilipat menjadi tumpukan; 2 - cangkang; 3 - stroma (matriks); 4 - lamela; 5 - tetes lemak terbentuk di kloroplas. Di sebelah kanan adalah diagram tiga dimensi lokasi dan hubungan lamela dan grana di dalam kloroplas: 1 - grana; 2 - lamela.

2. Struktur sitoplasma, komposisi kimianya, signifikansinya. Struktur dan fungsi membran.

Sitoplasma (protoplasma) isi sel yang hidup sudah dikenal pada abad ke-12. Istilah protoplasma pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan Ceko Purkinje (1839).

Ada tiga lapisan sitoplasma: plasmalemma, hyaloplasma, dan tonoplast.

Plasmalemma - membran dasar, lapisan luar sitoplasma, berdekatan dengan membran. Ketebalannya sekitar 80A (A - angstrom, 10-10 m). Terdiri dari fosfolipid, protein, lipoprotein, karbohidrat, ion anorganik, air. Ia dapat memiliki struktur pipih (berlapis) dan misel (tetesan). Paling sering terdiri dari 3 lapisan: lapisan bimolekuler fosfolipid (35A), bagiannya 40%, permukaannya ditutupi di kedua sisi dengan lapisan protein struktural yang terputus-putus (20 dan 25A). Di beberapa tempat, di persimpangan struktur pipih dan misel atau di antara dua misel, lapisan luar dan dalam protein struktural dapat menutup, membentuk pori-pori protein hidrofilik, 7-10A, yang dilalui zat dalam keadaan terlarut.

Molekul protein yang tidak memiliki aktivitas enzimatik dibangun ke dalam matriks membran - saluran konduksi ion selektif spesifik (kalium, natrium, dll.). Akhirnya, membran mungkin mengandung protein - enzim yang memastikan masuknya zat bermolekul tinggi ke dalam sel. Semua formasi ini - pori-pori biokimia - menyediakan sifat utama membran - semi-permeabilitas.

Membran plasma memiliki banyak lipatan, cekungan, dan tonjolan, yang meningkatkan permukaannya berkali-kali lipat.

Sebagai membran, plasmalemma menjalankan fungsi penting dan kompleks: 1. Mengatur asupan dan pelepasan zat oleh sel; 2. Mengubah, menyimpan dan mengkonsumsi energi; 3. Merupakan pengubah kimia; mempercepat transformasi zat; 4. Menerima dan mengubah sinyal cahaya, mekanik dan kimia dari dunia luar.

Dengan demikian, plasmalemma mengontrol permeabilitas sel, proses penyerapan, transformasi, sekresi dan ekskresi zat.

Tonoplast - membran dalam yang memisahkan getah sel dari sitoplasma

hialoplasma. Merupakan dasar organisasi seluler, merupakan ekspresi esensinya sebagai makhluk hidup. Dari sudut pandang fisikokimia, ini adalah sistem koloid heterogen yang kompleks, di mana senyawa dengan berat molekul tinggi tersebar dalam lingkungan berair. Rata-rata sitoplasma mengandung 70-80% air, 12% protein, 1,5-2% asam nukleat, sekitar 5% lemak, 4-6% karbohidrat, dan 0,5-2% zat anorganik. Itu bisa dalam dua keadaan: sol dan gel. Sol- keadaan cair, memiliki viskositas, gel- keadaan padat, memiliki elastisitas, dapat diperpanjang. Mampu melakukan transisi sol-gel yang reversibel di bawah pengaruh suhu, konsentrasi ion hidrogen, penambahan elektrolit, dan aksi mekanis.

Sitoplasma adalah konstan pergerakan, yang dalam kondisi normal sangat lambat dan hampir tidak terlihat. Peningkatan suhu, cahaya atau rangsangan kimia mempercepat pergerakan sitoplasma dan membuatnya terlihat di mikroskop cahaya. Kloroplas yang terbawa arus sitoplasma kental membantu melihat pergerakan ini. Pergerakan sitoplasma ada dua jenis: melingkar (rotasi) dan bergaris (peredaran darah). Jika rongga sel ditempati oleh satu vakuola besar, maka sitoplasma hanya bergerak sepanjang dinding. Ini adalah gerakan melingkar. Hal ini dapat diamati pada sel daun Vallisneria dan Elodea. Jika terdapat beberapa vakuola dalam suatu sel, maka untaian sitoplasma yang melintasi sel akan terhubung di tengah tempat nukleus berada. Pergerakan sitoplasma yang bergaris-garis terjadi pada tali-tali ini. Pergerakan sitoplasma yang bergaris-garis dapat diamati pada sel-sel bulu jelatang yang menyengat dan pada sel-sel bulu pucuk labu muda.

Sifat-sifat hialoplasma juga berhubungan dengan struktur supramolekul yang bersifat protein. Ini adalah mikrotubulus dan mikrofilamen.

Mikrotubulus- formasi kecil berongga dengan dinding protein padat elektron. Mereka berpartisipasi dalam konduksi zat melalui sitoplasma, dalam pergerakan kromosom dan pembentukan benang gelendong mitosis.

Mikrofilamen terdiri dari subunit protein yang tersusun secara heliks yang membentuk serat atau jaringan tiga dimensi, mengandung protein kontraktil dan mendorong pergerakan hialoplasma dan organel yang melekat padanya.

Hyaloplasma sebagai sistem koloid heterogen yang kompleks dari makromolekul dan struktur supramolekul yang dicirikan oleh ketidaklarutan dalam air, viskositas, elastisitas, kemampuan untuk mengalami perubahan terbalik, tidak dapat melewati pori-pori membran alami, antarmuka yang besar, memiliki refraksi cahaya yang kuat, dan difusi yang sangat rendah kecepatan.

Organel hialoplasma . Seperti disebutkan sebelumnya, hialoplasma mengandung sejumlah besar formasi supramolekul, yang mewakili banyak organel.

Fungsi biomembran

1) penghalang - menyediakan metabolisme yang teratur, selektif, pasif dan aktif dengan lingkungan. Misalnya, membran peroksisom melindungi sitoplasma dari peroksida yang berbahaya bagi sel. Permeabilitas selektif berarti bahwa permeabilitas suatu membran terhadap atom atau molekul berbeda bergantung pada ukuran, muatan listrik, dan sifat kimianya. Permeabilitas selektif memastikan pemisahan sel dan kompartemen seluler dari lingkungan dan memasok mereka dengan zat-zat yang diperlukan.

2) pengangkutan – pengangkutan zat masuk dan keluar sel terjadi melalui membran. Transportasi melalui membran memastikan: pengiriman nutrisi, pembuangan produk akhir metabolisme, sekresi berbagai zat, penciptaan gradien ion, pemeliharaan pH yang sesuai dan konsentrasi ion dalam sel, yang diperlukan untuk berfungsinya enzim seluler. karena alasan apa pun, mereka tidak dapat melintasi lapisan ganda fosfolipid (misalnya, karena sifat hidrofilik, karena membran di dalamnya bersifat hidrofobik dan tidak memungkinkan zat hidrofilik melewatinya, atau karena ukurannya yang besar), tetapi diperlukan untuk sel , dapat menembus membran melalui protein pembawa khusus (transporter) dan menyalurkan protein atau melalui endositosis, zat melintasi lapisan ganda lipid tanpa konsumsi energi, melalui difusi. Varian dari mekanisme ini adalah difusi terfasilitasi, di mana molekul tertentu membantu suatu zat melewati membran. Molekul ini mungkin memiliki saluran yang memungkinkan hanya satu jenis zat untuk melewatinya. Transpor aktif memerlukan energi karena terjadi melawan gradien konsentrasi. Terdapat protein pompa khusus pada membran, termasuk ATPase, yang secara aktif memompa ion kalium (K+) ke dalam sel dan memompa ion natrium (Na+) keluar dari sel.

3) matriks - memastikan posisi relatif dan orientasi protein membran tertentu, interaksi optimalnya;

4) mekanis - memastikan otonomi sel, struktur intraselulernya, serta koneksi dengan sel lain (dalam jaringan). Dinding sel memainkan peran utama dalam memastikan fungsi mekanis, dan pada hewan, zat antar sel.

5) energi - selama fotosintesis di kloroplas dan respirasi sel di mitokondria, sistem transfer energi beroperasi di membrannya, di mana protein juga berpartisipasi;

6) reseptor - beberapa protein yang terletak di membran adalah reseptor (molekul yang dengannya sel merasakan sinyal tertentu). Misalnya, hormon yang bersirkulasi dalam darah hanya bekerja pada sel target yang memiliki reseptor yang sesuai dengan hormon tersebut. Neurotransmiter (bahan kimia yang memastikan konduksi impuls saraf) juga berikatan dengan protein reseptor khusus di sel target.

7) enzimatik - protein membran seringkali berupa enzim. Misalnya, membran plasma sel epitel usus mengandung enzim pencernaan.

8) pelaksanaan pembangkitan dan penghantaran biopotensial.

Dengan bantuan membran, konsentrasi ion yang konstan dipertahankan di dalam sel: konsentrasi ion K+ di dalam sel jauh lebih tinggi daripada di luar, dan konsentrasi Na+ jauh lebih rendah, yang sangat penting, karena hal ini memastikan pemeliharaan perbedaan potensial pada membran dan pembangkitan impuls saraf.

9) penandaan sel - terdapat antigen pada membran yang bertindak sebagai penanda - “label” yang memungkinkan sel untuk diidentifikasi. Ini adalah glikoprotein (yaitu, protein dengan rantai samping oligosakarida bercabang yang melekat padanya) yang berperan sebagai “antena”. Karena banyaknya konfigurasi rantai samping, dimungkinkan untuk membuat penanda khusus untuk setiap jenis sel. Dengan bantuan penanda, sel dapat mengenali sel lain dan bertindak bersama dengannya, misalnya dalam pembentukan organ dan jaringan. Hal ini juga memungkinkan sistem kekebalan tubuh mengenali antigen asing.

Isi sel yang berbentuk gel, dibatasi oleh membran, disebut sitoplasma sel hidup. Konsep ini diperkenalkan pada tahun 1882 oleh ahli botani Jerman Eduard Strassburger.

Struktur

Sitoplasma adalah lingkungan internal sel mana pun dan merupakan karakteristik sel bakteri, tumbuhan, jamur, dan hewan.
Sitoplasma terdiri dari komponen-komponen berikut:

• hialoplasma (sitosol) - zat cair;
• inklusi seluler - komponen opsional sel;
• organel - komponen permanen sel;
• sitoskeleton - kerangka sel.

Komposisi kimia sitosol meliputi zat-zat berikut:

• air - 85%;
• protein - 10%
• senyawa organik - 5%.

Senyawa organik meliputi:

• garam mineral;
• karbohidrat;
• lipid;
• senyawa yang mengandung nitrogen;
• sejumlah kecil DNA dan RNA;
• glikogen (ciri sel hewan).

Beras. 1. Komposisi sitoplasma.

Sitoplasma mengandung persediaan nutrisi (tetesan lemak, butiran polisakarida), serta produk limbah sel yang tidak larut.

Sitoplasma tidak berwarna dan terus bergerak dan mengalir. Ini berisi semua organel sel dan memediasi interkoneksinya. Ketika sebagian dihilangkan, sitoplasma dipulihkan. Ketika sitoplasma dihilangkan seluruhnya, sel mati.

Struktur sitoplasmanya heterogen. Alokasikan secara kondisional dua lapisan sitoplasma:

4 artikel teratasyang membaca bersama ini

• ektoplasma (plasmagel) - lapisan padat luar yang tidak mengandung organel;
• endoplasma (plasmasol) - lapisan dalam yang lebih cair yang mengandung organel.

Pembelahan menjadi ektoplasma dan endoplasma terlihat jelas pada protozoa. Ektoplasma membantu sel bergerak.

Di luar, sitoplasma dikelilingi oleh membran sitoplasma atau plasmalemma. Ini melindungi sel dari kerusakan, melakukan pengangkutan zat secara selektif dan menyebabkan iritabilitas sel. Membran terdiri dari lipid dan protein.

Aktivitas hidup

Sitoplasma adalah zat penting yang terlibat dalam proses utama sel:

• metabolisme;
• pertumbuhan;
• divisi.

Pergerakan sitoplasma disebut siklosis atau aliran sitoplasma. Itu terjadi pada sel eukariotik, termasuk manusia. Selama siklosis, sitoplasma mengirimkan zat ke seluruh organel sel, melakukan metabolisme sel. Sitoplasma bergerak melalui sitoskeleton dengan konsumsi ATP.

Ketika volume sitoplasma meningkat, sel pun tumbuh. Proses pembelahan tubuh sel eukariotik setelah pembelahan inti (kariokinesis) disebut sitokinesis. Sebagai hasil pembelahan tubuh, sitoplasma, bersama dengan organel, didistribusikan di antara dua sel anak.

Beras. 2. Sitokinesis.

Fungsi

Fungsi utama sitoplasma dalam sel dijelaskan pada tabel.

Pemisahan sitoplasma dari membran melalui osmosis air yang keluar disebut plasmolisis. Proses sebaliknya - deplasmolisis - terjadi ketika jumlah air yang cukup masuk ke dalam sel. Proses-proses tersebut merupakan karakteristik sel mana pun kecuali sel hewan.

Sitoplasma- bagian wajib sel, tertutup antara membran plasma dan nukleus; dibagi menjadi hialoplasma (zat utama sitoplasma), organel (komponen permanen sitoplasma) dan inklusi (komponen sementara sitoplasma). Komposisi kimia sitoplasma: dasarnya adalah air (60-90% dari total massa sitoplasma), berbagai senyawa organik dan anorganik. Sitoplasma memiliki reaksi basa. Ciri khas sitoplasma sel eukariotik adalah pergerakan konstan ( sikosis). Hal ini dideteksi terutama oleh pergerakan organel sel, seperti kloroplas. Jika pergerakan sitoplasma berhenti, sel akan mati, karena hanya dengan bergerak terus-menerus sel dapat menjalankan fungsinya.

Hyaloplasma ( sitosol) merupakan larutan koloid yang tidak berwarna, berlendir, kental dan transparan. Di situlah semua proses metabolisme berlangsung, ini memastikan interkoneksi nukleus dan semua organel. Tergantung pada dominasi bagian cair atau molekul besar dalam hialoplasma, dua bentuk hialoplasma dibedakan: sol- hialoplasma lebih cair dan gel- hialoplasma lebih tebal. Transisi timbal balik dimungkinkan di antara keduanya: gel berubah menjadi sol dan sebaliknya.

Fungsi sitoplasma:

1. menggabungkan semua komponen sel menjadi satu sistem,
2. lingkungan untuk berlalunya banyak proses biokimia dan fisiologis,
3. lingkungan untuk keberadaan dan fungsi organel.

Membran sel

Membran sel membatasi sel eukariotik. Di setiap membran sel, setidaknya dua lapisan dapat dibedakan. Lapisan dalam berbatasan dengan sitoplasma dan diwakili oleh membran plasma(sinonim - plasmalemma, membran sel, membran sitoplasma), di mana lapisan luar terbentuk. Dalam sel hewan, ia tipis dan disebut glikokaliks(dibentuk oleh glikoprotein, glikolipid, lipoprotein), dalam sel tumbuhan - kental, disebut dinding sel(dibentuk oleh selulosa).

Semua membran biologis memiliki ciri dan sifat struktural yang sama. Saat ini diterima secara umum model mosaik fluida struktur membran. Dasar membran adalah lapisan ganda lipid yang dibentuk terutama oleh fosfolipid. Fosfolipid adalah trigliserida yang satu residu asam lemaknya digantikan oleh residu asam fosfat; Bagian molekul yang mengandung residu asam fosfat disebut kepala hidrofilik, bagian yang mengandung residu asam lemak disebut ekor hidrofobik. Di dalam membran, fosfolipid tersusun secara teratur: ekor hidrofobik molekul saling berhadapan, dan kepala hidrofilik menghadap ke luar, ke arah air.

Selain lipid, membrannya mengandung protein (rata-rata ≈ 60%). Mereka menentukan sebagian besar fungsi spesifik membran (pengangkutan molekul tertentu, katalisis reaksi, penerimaan dan konversi sinyal dari lingkungan, dll.). Ada: 1) protein perifer(terletak di permukaan luar atau dalam lapisan ganda lipid), 2) protein semi-integral(direndam dalam lapisan ganda lipid hingga kedalaman yang bervariasi), 3) protein integral atau transmembran(menembus membran, menghubungi lingkungan eksternal dan internal sel). Protein integral dalam beberapa kasus disebut protein pembentuk saluran atau protein saluran, karena mereka dapat dianggap sebagai saluran hidrofilik yang melaluinya molekul polar masuk ke dalam sel (komponen lipid dari membran tidak akan membiarkannya lewat).

A - kepala fosfolipid hidrofilik; B - ekor fosfolipid hidrofobik; 1 - daerah hidrofobik protein E dan F; 2 — daerah hidrofilik protein F; 3 - rantai oligosakarida bercabang yang melekat pada lipid dalam molekul glikolipid (glikolipid lebih jarang ditemukan dibandingkan glikoprotein); 4 - rantai oligosakarida bercabang yang melekat pada protein dalam molekul glikoprotein; 5 - saluran hidrofilik (berfungsi sebagai pori yang dapat dilewati ion dan beberapa molekul polar).

Membran mungkin mengandung karbohidrat (hingga 10%). Komponen karbohidrat pada membran diwakili oleh rantai oligosakarida atau polisakarida yang berhubungan dengan molekul protein (glikoprotein) atau lipid (glikolipid). Karbohidrat terutama terletak di permukaan luar membran. Karbohidrat menyediakan fungsi reseptor membran. Dalam sel hewan, glikoprotein membentuk kompleks supra-membran, glikokaliks, yang tebalnya beberapa puluh nanometer. Ini mengandung banyak reseptor sel, dan dengan bantuannya terjadi adhesi sel.

Molekul protein, karbohidrat dan lipid bersifat mobile, mampu bergerak pada bidang membran. Ketebalan membran plasma kira-kira 7,5 nm.

Fungsi membran

Membran melakukan fungsi berikut:

1. pemisahan konten seluler dari lingkungan eksternal,
2. pengaturan metabolisme antara sel dan lingkungan,
3. membagi sel menjadi beberapa kompartemen (“kompartemen”),
4. tempat lokalisasi “konveyor enzimatik”,
5. memastikan komunikasi antar sel dalam jaringan organisme multiseluler (adhesi),
6. pengenalan sinyal.

Yang paling penting properti membran— permeabilitas selektif, mis. Membran sangat permeabel terhadap zat atau molekul tertentu dan permeabelnya buruk (atau benar-benar kedap air) terhadap zat atau molekul lain. Sifat ini mendasari fungsi pengaturan membran, memastikan pertukaran zat antara sel dan lingkungan luar. Proses melewatinya zat melalui membran sel disebut pengangkutan zat. Ada: 1) transportasi pasif- proses perpindahan zat tanpa konsumsi energi; 2) transportasi aktif- proses perpindahan zat yang terjadi dengan pengeluaran energi.

Pada transportasi pasif zat berpindah dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah, yaitu. sepanjang gradien konsentrasi. Dalam setiap larutan terdapat molekul pelarut dan zat terlarut. Proses perpindahan molekul zat terlarut disebut difusi, dan pergerakan molekul pelarut disebut osmosis. Jika suatu molekul bermuatan, maka transpornya juga dipengaruhi oleh gradien listrik. Oleh karena itu, orang sering membicarakan gradien elektrokimia, menggabungkan kedua gradien tersebut. Kecepatan pengangkutan tergantung pada besarnya gradien.

Jenis transpor pasif berikut dapat dibedakan: 1) difusi sederhana— pengangkutan zat secara langsung melalui lapisan ganda lipid (oksigen, karbon dioksida); 2) difusi melalui saluran membran— transportasi melalui protein pembentuk saluran (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) difusi yang difasilitasi- pengangkutan zat menggunakan protein transpor khusus, yang masing-masing bertanggung jawab atas pergerakan molekul tertentu atau kelompok molekul terkait (glukosa, asam amino, nukleotida); 4) osmosa— pengangkutan molekul air (dalam semua sistem biologis, pelarutnya adalah air).

Kebutuhan transportasi aktif terjadi ketika diperlukan untuk memastikan pengangkutan molekul melintasi membran melawan gradien elektrokimia. Transportasi ini dilakukan oleh protein pembawa khusus, yang aktivitasnya memerlukan pengeluaran energi. Sumber energinya adalah molekul ATP. Transpor aktif meliputi: 1) pompa Na+/K+ (pompa natrium-kalium), 2) endositosis, 3) eksositosis.

Pengoperasian pompa Na+/K+. Agar berfungsi normal, sel harus mempertahankan rasio ion K+ dan Na+ tertentu di sitoplasma dan di lingkungan luar. Konsentrasi K+ di dalam sel harus jauh lebih tinggi daripada di luar, dan Na+ - sebaliknya. Perlu diperhatikan bahwa Na+ dan K+ dapat berdifusi bebas melalui pori-pori membran. Pompa Na+/K+ melawan pemerataan konsentrasi ion-ion ini dan secara aktif memompa Na+ keluar sel dan K+ ke dalam sel. Pompa Na + /K + adalah protein transmembran yang mampu melakukan perubahan konformasi, sehingga dapat mengikat K + dan Na +. Siklus pompa Na+/K+ dapat dibagi menjadi beberapa fase sebagai berikut: 1) penambahan Na+ dari dalam membran, 2) fosforilasi protein pompa, 3) pelepasan Na+ di ruang ekstraseluler, 4) penambahan K+ dari luar membran, 5) defosforilasi protein pompa, 6) pelepasan K+ di ruang intraseluler. Hampir sepertiga dari seluruh energi yang dibutuhkan untuk fungsi sel dihabiskan untuk pengoperasian pompa natrium-kalium. Dalam satu siklus operasi, pompa memompa keluar 3Na+ dari sel dan memompa dalam 2K+.

Endositosis- proses penyerapan partikel besar dan makromolekul oleh sel. Ada dua jenis endositosis: 1) fagositosis- penangkapan dan penyerapan partikel besar (sel, bagian sel, makromolekul) dan 2) pinositosis— penangkapan dan penyerapan bahan cair (larutan, larutan koloid, suspensi). Fenomena fagositosis ditemukan oleh I.I. Mechnikov pada tahun 1882. Selama endositosis, membran plasma membentuk invaginasi, ujung-ujungnya menyatu, dan struktur yang dibatasi dari sitoplasma oleh satu membran dimasukkan ke dalam sitoplasma. Banyak protozoa dan beberapa leukosit mampu melakukan fagositosis. Pinositosis diamati pada sel epitel usus dan di endotel kapiler darah.

Eksositosis- proses kebalikan dari endositosis: pembuangan berbagai zat dari sel. Selama eksositosis, membran vesikel menyatu dengan membran sitoplasma luar, isi vesikel dikeluarkan ke luar sel, dan membrannya dimasukkan ke dalam membran sitoplasma luar. Dengan cara ini, hormon dikeluarkan dari sel kelenjar endokrin; pada protozoa, sisa makanan yang tidak tercerna dikeluarkan.

Pergi ke kuliah nomor 5“Teori sel. Jenis organisasi seluler"

Pergi ke kuliah nomor 7“Sel eukariotik: struktur dan fungsi organel”